JPH09501006A - プラスチック・ケース付き二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 セパレータによって相互に分離されていて、ケースの外側からアクセスすることができる電極接点に電気的にそれそれ接続されている電極が内部に配置されている、電解液で満たされた気密でかつ液密であるケースを持つ二次電池を、製造手順の見地からみて有利に製造できる。二次電池はその形状に限定されない耐久性がありかつ信頼性のある密封されたケースを有し、電極接点の領域内のケースが、相互にしっかりと接続されている軟プラスチック材と硬プラスチック材とから構成され、軟プラスチック材が電極接点および／または電極接点のフィードスルーダクト手段を密封している二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】 プラスチック・ケース付き二次電池 本発明は、請求項１の前提部分に記載する二次電池に関する。 種々様々な形状のケースを持ったこの種の二次電池は周知である。従来のアル カリ二次電池は、金属製で、ポットの形をし、電極およびセパレータ用の電解液 で満たされた円筒形のケースを持っている。プラスの電極接点を保持しているカ バーは、ポット状のケースの開口部にはめ込まれれている。ケース内においては 、フランジ付きの上縁部が、ガスも液体も漏らさない保持装置を形成している。 しかし、この種の金属ケースは、円形でなく特殊な四角形セルの場合には、製造 するのが難かしい。 鉛蓄電池にプラスチック・ケースを使用する技術は周知であり、それにより四 角いケースを製造することが可能になり、利用できる空間をうまく使用すること ができる。しかし、この構造はすべてのタイプの二次電池に適用することができ ない。プラスチック材で作られたケースの中に鋳込んだ金属製の電極接点、また は金属製のフィードスルーダクト手段は、プラスチック材とは異なる熱膨張係数 を持っているが、高い電流レベルで充電または放電中に温度が上がった場合でも 、ガスや液体を漏らさない。二次電池は、その全使用期間中に偶発的にガスも電 解液も漏らしてはならない。例えば、アルカリ・ニッケル−カドミウムまたはニ ッケル−金属水素化物二次電池のような、内部抵抗が非常に低い二次電池は、大 電流を流した場合、内圧が非常に高くなる場合があるが、そのような高い内圧に より電極接点の付近でガスまたは液体漏れを起こすようなことがあってはならな い。 例えば、Ｏリングと呼ばれている弾力性をもつ円形の紐のリングのような、ケ ースと電極接点の間の設けられている密封材は、密封材を挿入し正しい位置に設 置するというもう一つの生産工程を必要とするので、二次電池の生産コストを高 める。高い毛細管現象を持っているために取扱いが難しい電解液は、例えば、苛 性カリ溶液のように密封材の下に滲み込む傾向がある上に、マイナスの電位の 方向に移動し、密封材が正しく挿入されていない場合、または密封材が設置後に 機械的にずれた場合にケースから漏れる恐れがあり、更に損傷を起こす恐れもあ る。 従って、本発明の目的は、製造工程という見地から見て製造に有利であり、そ の形状を自由に作ることができる耐久性を持ち、信頼できる密封ケースを有する 二次電池を供給することである。 上記の目的は、請求項１に記載の特徴により達成することができる。 電極接点付近のケースを相互にしっかりと接続されている軟プラスチック材と 硬プラスチック材で製造することにより、軟プラスチック材を電極接点用および ／または電極接点のフィードスルーダクト手段の密封材として使用することがで きる。この点に関しては、外部の影響による密封材のずれは、二種類のプラスチ ック材の間の機械的接続により防止することができる。また、この設計構造によ り、本質的に密封面を一つにすることができる。すなわち、軟プラスチック材と 電極接点および／またはそのフィードスルーダクト手段との間の密封面を一つに することができる。それ故、電解液または電解液が発生するガスは、密封材とケ ースとの間の第二の密封面に沿って外へ漏れることはできない。更に、軟プラス チック材と電極接点またはそのフィールドスルーダクト手段との間の接続を密封 状態にすることにより、密封面を非常に大きくし、液が外へ漏れる際には長い距 離を通らなければならないように設計することができる。 この設計構造は、製造手段という見地からみても有利である。何故なら、軟プ ラスチック材と硬プラスチック材とを相互に接合した後で、例えば、精度の高い 打ち抜き加工により、その中に電極接点用の適当な開口部を設けることができる からである。別な方法としては、すでに硬プラスチック材の中に保持されている 電極接点またはそのフィードスルーダクト手段の周囲を、その後で、両者を加熱 した状態での射出溶接法により、軟プラスチック材で取り巻くことができる。そ うすることにより、如何なる場合でも、軟プラスチック材と硬プラスチック材と の間を全表面にわたって接合することができる。 両方のプラスチック材は、本質的に熱可塑性の弾性体からなっていて、可塑剤 の添加量の違いまたは架橋形成の程度の違いにより、それそれが硬度の点で異 なっているので、有害な熱応力は起こらない。熱可塑性弾性体を適当に選択する ことにより、例えば、電解液に対して優れた耐性を持つ改質ポリアミド、スチレ ン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体またはポリプロピレンのような化学 的に不活性な材料を使用することができる。 例えば、射出溶接のような、成形ずみプラスチック部材に対して現在の時点で 使用可能な高度に発達した製造手段を、自由に使用することができ、それにより ケースの形状はもはや制限を受けない。 望ましい実施例の場合には、電極接点の電極キャップはスポット溶接によりそ のフィードスルーダクト手段に接続されていて、軟プラスチック材の一部の上に カップ状に係合している。そうすることにより、軟プラスチック材が電極キャッ プに接している面積だけ、密封材の下を通る距離が増大する。電極キャップは正 しい位置に設置された後、軟プラスチック材により、フィードスルーダクト手段 に取り付けられる。 他の実施例は、ほぼカップ状のリベットからなる電極接点を使用しているが、 その後端部は製造作業の際に硬プラスチック材の一部の後部に係合するようにフ ランジが取り付けられている。このような場合、電極接点の前部は、常にリベッ トのフランジ状の部分によって、軟プラスチック材に対して密封状態に保たれる 。この点に関しては、関連する製造方法の見地からみて有利な方法で、リベット のフランジ状の部分は、リベットとケースの間に挿入されていて、各電極と電気 的に接触している電導性の舌状体の後部に係合することができる。上記の方法に より、両方の電極を正しい位置に取り付けることができ、またリベットによる単 一の工程により、安価な製造工程を使用してその電気的接続を行うことができる 。 二次電池のケースが、二つのケース部分の間の周囲に広がっていて、軟プラス チック材の射出溶接工程の間に同時に満たすことができる空間を持っている場合 には、製造方法を更に改善することができる。上記空間内の軟プラスチック材は 、もう一つのケースの密封材として役に立っているが、それ自身のための製造工 程を必要としない。 両方のケース部分が、ほぼ同じ硬度のプラスチック材で作られている場合には 、 重なり合っている部分を超音波で溶接することにより、しっかりと丈夫に密封状 態に接合することができる。 他の構造の場合には、両方のケース部分は、両者の重なり合っている部分を固 定するという方法で一緒に接合されている。上記の方法を使い、関連する製造手 順の見地からみて有利な方法で、ケース部分を相互に単に圧着するだけでしっか りと接合することができる。二つのケース部分を一緒に固定した後で、軟プラス チック材をケースの周囲に広がっている空間に導入することにより、二つのケー ス部分の軟プラスチック材と硬プラスチック材は、全面積にわたる溶接により密 封状態に接合される。軟プラスチック材の射出溶接またはスプレー溶接の後で、 二つのケース部分を一緒に固定すると、保持部材により、一方のケース部分の硬 プラスチック材と他方のケースの軟プラスチック材とが密封状態に接合される。 できれば４０容積パーセントのガラス繊維をプラスチック材内に埋設すること により、衝撃強度、破壊に対する強さおよび曲げ負荷に対する強度のようなケー スの機械的性質を著しく改善することができる。 その内部において、電極それそれがセパレータによって分離されていて、層状 に積層関係で配列されている四角形状の二次電池ケースの場合には、無駄な空間 を除去し、大容量の二次電池を作ることができる。 例えば、ニッケル−カドミウム二次電池またはニッケル−金属水素化物二次電 池のような、ガスの漏れないアルカリ二次電池の場合には、破断し易い場所を硬 プラスチック材からなるケースの薄い部分なるようにすることができる。このよ うにすることにより、上記の破断し易い部分が設けられているので、特定のガス の放出によって内圧が突然上がった場合に、二次電池の爆発を防ぐことができる 。 閉鎖することができる注入用の開口部のおかげで、その後に二次電池に電解液 を満たすことができる。マイナスの電極よりも、プラスの電極により近いところ に注入用の開口部を設けることにより、電解液として苛性カリ溶液を使用した場 合の液の移動を減らすことができる。 他の実施例においては、二次電池のケースは、同時に電気装置のケースの一部 を形成している。これにより、例えば、携帯無線電話機の構造を簡単にし、二次 電池の容量を高く維持しながら、二次電池のサイズを小さくすることができる。 図面を参照しながら、以下に本発明を更に詳細に説明する。 第１図は、カップ状の電極キャップを備えた本発明による第一の実施例の部分 断面図である。 第２図は、リベット状の電極接点を備えた本発明による第二の実施例の部分断 面図である。 第３図は、四角形状のケースとケースの一方に配置された電極接点を備えた本 発明による二次電池の断面図である。 第４図は、第３図の二次電池を線Ａ−Ａに沿って切断した断面図である。 第５図は、製造の中間工程におけるケース部分に装着された二次電池の構造グ ループである。 第６図は、四角いケースとケースの対向する側面上に配置された電極接点を備 えた二次電池の断面図である。 第７図は、第６図の二次電池の線Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図である。 これらの図においては、異なる実施例の同一または類似の構成部材には同じ参 照番号がつけてある。 本発明を使用すれば、設計構造をどのような形状にすることもできるが、以下 に気密でかつ液密である四角形状アルカリ二次電池について説明する。この点に 関して、気密および液密という表現は、二次電池に関して使用するものであり、 通常の使用状態でガスも液体も漏らさないが、例えば、予め定めたレベルへ圧力 が増大したというような予め定めた条件が満たされた場合に、強度的に開口部を 形成することができるような二次電池のことを指す。 二次電池１は、二つの部分２および３からなり、プラスの電極５とマイナスの 電極６を取り囲んでいるケースを持っている。電極５および６は、セパレータ４ により相互に分離されている。使用できる状態の場合には、二次電池１は、既知 の方法で図示していない電解液で満たされている。 電極接点７、８の部分においては、ケースは硬プラスチック材の層２４と軟プ ラスチック材の層１４からなる二つの層からできている。図中に交差する線で陰 をつけてある軟プラスチック材１４は、全面にわたって斜めの線で陰をつけてあ る硬プラスチック材２４上に溶接されている。 両方を加熱した状態での射出溶接法により、溶接面が、硬プラスチック材２４ に関する接触面に沿って、軟プラスチック材１４を射出することによって形成さ れる。可塑剤を添加することにより、または架橋形成の程度を選択することによ り、軟プラスチック材１４の硬度を、既知の密封材の範囲内で調整することがで きる。硬プラスチック材の硬度は、通常のレベルのケースの硬度になるように調 整される。 使用する材料は、変性ポリアミド、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン 共重合体および／またはポリプロピレンである。プラスチック材からなるケース の部分２、３は、それぞれ表面上で相互に接触していて、周辺方向に延びる重な り合っている領域９、１０を持っている。上記の部分９、１０は、その周囲の超 音波溶接の継ぎ目１１により相互に接合されている。 本発明の他の実施例においては、二次電池の周囲を囲んでいて、電極接点７、 ８の領域内で軟プラスチック材１４の空間に通路１３によって接続している空間 １２が、重なり合っている部分９の上に形成されていて、領域１０によって取り 囲まれている。上記の空間１２はまた、同時に軟プラスチック材１４の射出溶接 の際に、満たされる。このように、空間１２内の軟プラスチック材１４は、電極 接点７、８の領域において軟プラスチック材１４と一体に形成されていて、その 全面において、硬プラスチック材２４にも溶接されている。 別の構造の場合には、二つのケース部分２、３の間の機械的接合は、重なって いる部分９、１０内に設置されている固定要素３０、３１により行われる。この 場合、固定された状態で、一方のケース部分３上を周辺方向に延びる固定用突出 部３１は、他のケース部分２に対して周辺方向に延びる溝２の後部と係合する。 二つのケース部分２、３の接合は、傾斜した継続面３２を持つ固定用の突出部３ １によって容易に行われる。空間１２内においては、軟プラスチック材１４は、 射出溶接によって、全表面にわたって両方の領域９、１０に接続されているか、 射出溶接によって領域１０だけに接続されていて、固定要素３０、３１が軟プラ スチック材１４に接触した状態で領域９を保持し、端部を密封状態に保っている 。 ガラス繊維または他の不活性繊維は任意の方法で硬プラスチック材２４内に埋 設される。この場合、ガラス繊維の容積率は約４０％であることが望ましい。 厚さが薄くなっている部分に作られている破断箇所１５は、硬プラスチック材 ２４で作られているケース部分２、３に配置されている。破断箇所１５は、場所 と厚さが限定されていて、二次電池のケース内の圧力が増大して一定のレベルに なった場合、開口部が形成され、圧力が減少するように調整されている。 苛性カリ溶液が電解液として満たされている二次電池の場合には、実質的にＴ 形の貫通している開口部１６をプラスの電極接点７の近くに設けることが望まし い。上記の開口部１６は、電解液の注入後にＴ型のプラグで閉鎖される。 第一の実施例は、その上でカップ状の電極キャップ２１が係合している円錐台 形のフィードスルーダクト手段１８を備えた電極接点７、８を含む。円錐台形の フィードスルーダクト手段１８は、その側面方向に広がった縁部で、硬プラスチ ック材２４の面に接していて、同様に円錐台状の開口部２０内で自己中心の位置 を占めるように保持されている。カップ状の電極キャップ１９は、スポット溶接 によりフィードスルーダクト手段置１８に接続されていて、軟プラスチック材１ ４上でそれに対して密封状態に係合している。軟プラスチック材１４を射出成形 する前およびその後で、一つまたはそれ以上のスポット溶接２１を行うことがで きる。後者の場合、既知の方法で、溶接作業で使用される熱エネルギーは、貫通 している開口部２０を形成する軟プラスチック材１４および硬プラスチック材２ ４の可塑的変形が起こらないようなレベルに選ばれる。 他の実施例の場合には、電極接点７、８はほぼＴ型の断面を有し、その半径方 向に広がっている部分は、電極キャップ１９になっていて、フィードスルーダク ト手段１８へと変化して一体に作られている。ダクト手段１８は、円筒形の内部 空間２２を持っていて、カップ状のリベットを形成し、端部２３はフランジ状に なっている。フランジ状になっている端部２３は、後部で電極接点７、８のとこ ろで硬プラスチック材２４の一部と係合している。このようにして、電極キャッ プ１９は、軟プラスチック材１４内に丈夫に押し込まれていて、密封状態に接合 している。 さらに他の実施例の場合には、金属製で電極５および６にそれぞれ接続してい る導電性の舌状体２５が、フランジ状の端部２３と硬プラスチック材２４との間 に挿入されている。舌状体２５は、スポット溶接２６により電極から横に突出し ている接続ラグ２７、２８に接続している。電極５、６は、二次電池１のケース ２、３内に、第２図および第３図に示すように、層状に積層関係に配置されてい る。別の場合には、第６図に示すように、電極５、６は、間にセパレータ４を挟 んで曲折された状態で一方を他方の上に折曲げる。 望ましい形で、ケースの対向する側面上にそれぞれ配置された電極接点７、８ を持っている上記の実施例においては、プラスの電極５の電極ホールダーは直接 フィードスルーダクト手段１８に接続されていて、一方、マイナスの電極接点８ のフィードスルーダクト手段１８は、直接マイナスの電極６またはマイナスの電 極６に接触しているストリップ２９に接続している。 ケースが二つの部分から構成されているために、電極５、６を、電極接点７、 ８およびケース部分３を製造している間に、電極５，６の接続ラグ２７、２８に よって最初に固定することができる。第５図にそのような二次電池構造グループ を示す。図中、電極接点７、８は、すでに軟プラスチック材１４および硬プラス チック材２４内に密封状態に保持されている。 上記の構造グループは、両方とも、図に示すケース部分２に接続されていて、 また電気装置の一部材の対応するケース内に取り付けられている。二次電池１は 、そのケースとともに、電気装置の上記部材のケースの一部を形成している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ)，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｚ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. セパレータにより相互に分離されかつケースの外側からアクセスできる電 極接点にそれそれ電気的に接続された電極が配置され、電解液で満たされた気密 でかつ液密であるケースを有する二次電池において、 電極接点（７、８）の部分においてケース（２、３）が、互いに固定的に 接続されている軟プラスチック材（１４）と硬プラスチック材（２４）から構成 され、軟プラスチック材（１４）が電極接点（７、８）及び／又は電極接点（７ 、８）のフィードスルーダクト手段を密封していることを特徴とする二次電池。 2. ケース（２、３）の軟プラスチック材（１４）および硬プラスチツク材（ ２４）が、その全面積にわたって射出溶接により互いに接続されていることを特 徴とする請求項１に記載の二次電池。 3. 軟プラスチック材（１４）および硬プラスチック材（２４）が熱可塑性弾 性体、特に改質ポリアミド、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体 および／またはポリプロピレンからなることを特徴とする請求項１または２に記 載の二次電池。 4. 電極接点（７、８）の電極キャップ(１９)が、スポット溶接によりフィー ドスルーダクト手段（１８）に接続されて、軟プラスチック材（１４）の一部の 上でカップ状に係合していることを特徴とする請求項１、２または３に記載の二 次電池。 5. 電極接点のフィードスルーダクト手段（１８）が、ほぼカップ状のリベッ トを形成しこのリベットのフランジ状端部（２３）が、電極接点（７、８）およ び／またはそのフィードスルーダクト手段（１８）が軟プラスチック材（１４） に対して密封接触状態に保持されるように、硬プラスチック材（２４）の一部の 背後で係合していることを特徴とする請求項１、２または３に記載の二次電池。 6. リベットのフランジ状端部（２３）が、リベットとケースとの間に挿入さ れた電導性の舌状体（２５）の背後で係合していることを特徴とする請求項５に 記載の二次電池。 7. ケース（２、３）が、二つのケース部分（２、３）の間の周囲を延びかつ 密封材としての軟プラスチック材で満たされている空間（１２）を含むことを特 徴とする上記請求項のいずれか一項に記載されている二次電池。 8. 空間（１２）内の軟プラスチック材（１４）および電極接点（7、８）の 領域内の軟プラスチック材（１４）が相互に接合されていることを特徴とする請 求項７に記載の二次電池。 9. ケース（２、３）全体が、プラスチック材（１４、２４）からなり、二つ のケース部分（２、３）が重なり合っている部分（９、１０）で、超音波溶接に より相互に接合されていることを特徴とする上記請求項のいずれか一つに記載さ れている二次電池。 10. ケース（２、３）全体が、プラスチック材（１４、２４）からなってい て、二つのハウジング部分（２、３）が重なり合っている部分（９、１０）に設 置されている固定要素（３０、３１）によって相互に接合されていることを特徴 とする請求項の１〜８のいずれか一つに記載されている二次電池。 11. ガラス繊維が硬プラスチック材（２４）内に埋設されていることを特徴 とする上記請求項のいずれか一つに記載されている二次電池。 12. ケース（２、３）が角柱状、特に四角形状をしていて、電極（５、６） が層状に積層関係で配置され、セパレータ（４）によって相互に分離された状態 で電極接点（７、８）の背後に配置されていて、電極（５、６）から横方向に突 出している接続ラグ（２７、２８）が、望ましくはスポット溶接によって相互お よび各電極接点（７、８）に電気的に接続されていることを特徴とする上記請求 項のいずれか一つに記載されている二次電池。 13. 必要とする破断部分（１５）が、硬プラスチック材（２４）からなるケ ース（２、３）の一部内の厚さの薄い部分にあることを特徴とする上記請求項の いずれか一つに記載されている二次電池。 14. ケース（２、３）が、マイナスの電極接点（８）よりプラスの電極接点 （７）に近接して設けられていて、Ｔ形のプラグ（１７）によって閉鎖される注 入用の開口部（１６）を持っていることを特徴とする上記請求項のいずれか一つ に記載されている二次電池。 15. 二次電池（１）のケース（２、３）が、電気装置のケースの一部を形成 していることを特徴とする上記請求項のいずれか一つに記載されている二次電池 。